本书按照教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制定的“机械设计基础课程教学基本要求”编写，并在此基础上适当地扩充了内容。全书共分为5篇，第一篇为第1~4章，属于常用机构基本知识，主要介绍自由度、平面连杆机构、凸轮机构及间歇运动机构的结构特点和运用等；第二篇为第5~7章，属于机械传动，包括齿轮传动、蜗杆传动和挠性传动的特点、运用及主要参数设计等；第三篇为第8～9章，属于连接部分，包括螺纹连接、销连接及键连接的基础知识；第四篇为第10～12章，属于轴系零部件部分，包括轴承、轴、联轴器、离合器和制动器的基本知识；第五篇为第13~～14章，包括轮系和减速器的设计等内容。各章节经典例题选用现代设计工具软件进行设计、优化分析，实现基础理论与现代工具的运用融合。章后附有习题，可辅助读者进行知识的巩固学习。

基础理论与工程应用案例并重，解答经典机械结构设计问题。

于文强，2000年至今 山东理工大学。中国机械工程学会会员。主持2011年基于ZigBee技术的智能环境监测系统设计与开发。2011年 金属工艺学 省级精品课程建设 主要完成人2011年 金属材料及工艺 省级精品课程建设 主要完成人2010年 机械设计 校级精品课程建设 主要完成人2011年 教学质量奖2012年 教学成果奖

第0章 绪论　　1
0.1机械的组成　　1
0.1.1机器与机构　　　1
0.1.2机构、部件、构件与零件　　2
0.2本课程研究的内容和任务　　2
0.2.1本课程研究的主要内容　　2
0.2.2本课程的主要任务 3
0.3机械设计的基本要求和一般步骤 3
0.3.1机械设计的基本要求 3
0.3.2机械零件的设计准则 3
0.3.3机械零件设计的一般步骤 4
第一篇 常 用 机 构
第1章 平面机构的运动简图及自由度 6
1.1机构的组成 6
1.1.1运动副的概念 6 第0章 绪论　　1
0.1机械的组成　　1
0.1.1机器与机构　　　1
0.1.2机构、部件、构件与零件　　2
0.2本课程研究的内容和任务　　2
0.2.1本课程研究的主要内容　　2
0.2.2本课程的主要任务 3
0.3机械设计的基本要求和一般步骤 3
0.3.1机械设计的基本要求 3
0.3.2机械零件的设计准则 3
0.3.3机械零件设计的一般步骤 4
第一篇 常 用 机 构
第1章 平面机构的运动简图及自由度 6
1.1机构的组成 6
1.1.1运动副的概念 6
1.1.2自由度与约束条件 6
1.1.3平面运动副的分类 7
1.2平面机构运动简图 7
1.2.1机构运动简图的定义 7
1.2.2平面机构运动简图的绘制 7
1.2.3利用ADAMS进行颚式破碎机
的运动分析9
1.2.4利用ADAMS进行单缸内燃机的运动分析 12
1.3平面机构的自由度 13
1.3.1平面机构自由度的计算 13
1.3.2平面机构具有确定运动的条件 13
1.3.3计算平面机构自由度时应注意的事项 14
习题 16
第2章 平面连杆机构 18
2.1铰链四杆机构的基本类型与工作特性 18
2.1.1铰链四杆机构的基本类型 18
2.1.2铰链四杆机构的工作特性 20
2.1.3利用ADAMS进行牛头刨床机构的运动分析 23
2.2铰链四杆机构的曲柄存在条件 25
2.3平面四杆机构的演化 25
2.3.1曲柄滑块机构 26
2.3.2导杆机构 26
2.3.3摇块机构和定块机构 27
2.3.4偏心轮机构 28
2.4平面四杆机构的图解法设计 28
2.4.1按给定的行程速比系数Ｋ设计平面四杆机构 28
2.4.2按给定的连杆位置设计平面四杆机构 29
2.5利用ANSYS进行平面桁架结构的受力分析 30
习题 32
第3章 凸轮机构 34
3.1凸轮机构的组成和分类 34
3.1.1凸轮机构的组成 34
3.1.2凸轮机构的分类 35
3.2从动件的常用运动规律 36
3.2.1等速运动规律 37
3.2.2等加速等减速运动规律 37
3.2.3简谐运动规律 38
3.3图解法设计凸轮轮廓 38
3.3.1凸轮轮廓曲线设计的基本原理 38
3.3.2对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 39
3.3.3偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 40
3.3.4利用ADAMS进行凸轮机构的设计与仿真 41
3.4凸轮机构基本参数的确定 44
3.4.1凸轮机构压力角及其许用值 44
3.4.2滚子半径的选择 45
3.4.3基圆半径的确定 45
习题 46
第4章 间歇运动机构 48
4.1棘轮机构 48
4.1.1棘轮机构的工作原理 48
4.1.2棘轮机构的类型 49
4.1.3棘轮机构的应用 50
4.2槽轮机构 51
4.2.1槽轮机构的组成及工作原理 51
4.2.2槽轮机构的分类及运用 51
4.3不完全齿轮机构 52
4.4凸轮间歇运动机构 53
习题 54
第二篇 机 械 传 动
第5章 齿轮传动 56
5.1齿轮传动的类型、特点及应用 56
5.1.1齿轮传动的类型 56
5.1.2齿轮传动的特点及应用 57
5.2齿廓啮合基本定律 57
5.3渐开线和渐开线齿廓的啮合特性 58
5.3.1渐开线及其性质 58
5.3.2渐开线齿廓满足定传动比传动的要求 59
5.3.3渐开线齿廓的啮合特性 60
5.4标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 60
5.4.1齿轮各部分的名称及符号 60
5.4.2标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算 61
5.5渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 63
5.5.1正确啮合条件 63
5.5.2连续传动条件 63
5.5.3正确安装条件 64
5.6渐开线直齿圆柱齿轮的加工 66
5.6.1齿轮轮齿的加工方法 66
5.6.2轮齿的根切现象，齿轮的最小齿数 68
5.6.3变位齿轮简介 68
5.7轮齿的失效形式和齿轮材料 69
5.7.1轮齿的失效形式 69
5.7.2设计准则 70
5.7.3齿轮材料 71
5.8直齿圆柱齿轮的强度计算 72
5.8.1轮齿的受力分析和载荷计算 72
5.8.2齿根弯曲强度计算 73
5.8.3齿面接触疲劳强度计算 74
5.8.4轮齿的许用弯曲应力和许用接触应力 76
5.8.5齿轮强度计算中的参数选择 77
5.8.6利用ADAMS进行圆柱齿轮啮合的仿真分析 77
5.9斜齿圆柱齿轮传动 79
5.9.1斜齿圆柱齿轮齿廓的形成及啮合特点 79
5.9.2斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算 80
5.9.3斜齿轮正确啮合的条件和重合度 82
5.10直齿圆锥齿轮传动 83
5.10.1圆锥齿轮传动概述 83
5.10.2圆锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量齿数 84
5.10.3标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算 86
5.11齿轮传动的润滑 87
习题 88
第6章 蜗杆传动 90
6.1概述 90
6.1.1蜗杆传动的特点 90
6.1.2蜗杆传动的类型 91
6.1.3利用ADAMS进行蜗杆传动啮合的运动仿真 92
6.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 94
6.2.1圆柱蜗杆传动的主要参数 94
6.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算 96
6.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构 98
6.3.1蜗杆传动的失效形式及材料选择 98
6.3.2蜗杆、蜗轮的结构 98
6.4蜗杆传动的受力分析和强度计算 99
6.4.1蜗杆传动的受力分析 99
6.4.2蜗杆传动的强度计算 99
6.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 100
6.5.1蜗杆传动的效率 100
6.5.2蜗杆传动的润滑 101
6.5.3热平衡计算 101
习题 102
第7章 挠性传动 103
7.1带传动的类型、特点及运用 103
7.1.1带传动的类型 103
7.1.2带传动的特点与运用 104
7.2V带和带轮的结构 105
7.2.1普通V带的结构和尺寸标准 105
7.2.2V带轮的结构 106
7.3带传动的工作情况分析 108
7.3.1带传动的受力分析 108
7.3.2带传动的应力分析 109
7.4普通V带传动的计算 110
7.4.1带传动的失效形式和设计准则 110
7.4.2单根V带的基本额定功率P0 111
7.4.3带传动设计的原始数据及内容 112
7.4.4设计步骤和传动参数的选择 112
7.5带传动的张紧、安装及维护 115
7.5.1V带传动的张紧 115
7.5.2带传动的安装与维护 116
7.6链传动简介 116
7.6.1链传动的组成、特点、分类及应用 116
7.6.2滚子链的结构及标准 117
7.6.3链传动的运动特性 118
7.6.4链传动的设计简介及主要参数的选择 119
习题 120
第三篇 连接
第8章螺纹连接 122
8.1螺纹连接的基本知识 122
8.1.1螺纹的形成 122
8.1.2螺纹的类型和应用 123
8.1.3螺纹的主要参数 123
8.1.4螺纹连接的主要类型和应用 124
8.2螺纹连接的预紧和防松 125
8.2.1螺纹连接的预紧 125
8.2.2螺纹连接的防松 126
8.3螺栓连接的强度计算和结构设计 127
8.3.1普通螺栓连接的强度计算 127
8.3.2螺纹连接的结构设计要点 131
8.3.3利用ANSYS进行螺栓的强度校核 132
习题 135
第9章 键连接和销连接 137
9.1键连接 137
9.1.1键连接的类型与特点 137
9.1.2平键连接的尺寸选择和强度验算 139
9.1.3花键连接141
9.1.4利用ANSYS进行平键的有限元分析 143
9.2销连接 145
习题 146
第四篇 轴系零部件
第10章 轴承 148
10.1轴承的分类 148
10.2滚动轴承的结构、类型和代号 149
10.2.1滚动轴承的结构 149
10.2.2滚动轴承的特性和类型 149
10.2.3滚动轴承的代号 153
10.3滚动轴承的寿命计算和尺寸选择 155
10.3.1滚动轴承的载荷分析 155
10.3.2滚动轴承的失效形式及设计准则 155
10.3.3基本额定寿命和基本额定动载荷 156
10.3.4滚动轴承的寿命计算 157
10.3.5角接触轴承的轴向载荷计算 159
10.3.6滚动轴承的静强度计算 160
10.4滚动轴承的组合设计 161
10.4.1轴系的轴向固定 161
10.4.2轴承组合的调整 162
10.4.3滚动轴承的配合 164
10.4.4滚动轴承的装拆 164
10.4.5滚动轴承的润滑和密封 164
10.5滑动轴承的类型及结构 166
10.5.1滑动轴承的类型与摩擦状态 166
10.5.2滑动轴承的结构 167
10.5.3轴瓦的结构及材料 168
10.5.4滑动轴承的润滑 170
10.6非液体摩擦滑动轴承的设计计算 171
10.6.1向心滑动轴承的计算 171
10.6.2推力滑动轴承的计算 173
习题 173
第11章 轴 175
11.1概述 175
11.1.1轴的类型 175
11.1.2轴的材料 176
11.2轴的结构设计 177
11.2.1轴的组成 178
11.2.2零件在轴上的固定方法 178
11.2.3轴的结构工艺性 179
11.2.4减小应力集中，提高轴的疲劳强度 180
11.2.5轴的结构尺寸 180
11.3轴的强度计算 181
11.3.1按扭转强度条件计算 181
11.3.2按弯扭合成强度条件计算 182
11.4轴的刚度计算 183
习题 184
第12章 联轴器、离合器和制动器 185
12.1联轴器 185
12.1.1刚性联轴器 186
12.1.2挠性联轴器 187
12.2离合器 190
12.2.1嵌合式离合器 190
12.2.2摩擦式离合器 191
12.2.3超越离合器 192
12.3制动器 192
12.3.1带式制动器 193
12.3.2块式制动器 193
12.3.3盘式制动器 194
习题 194
第五篇 减速器
第13章 轮系 196
13.1轮系及其分类 196
13.1.1定轴轮系 196
13.1.2周转轮系 196
13.1.3复合轮系 197
13.2定轴轮系传动比的计算 197
13.2.1一对齿轮啮合的传动比 198
13.2.2定轴轮系传动比的计算 198
13.3周转轮系传动比的计算 200
13.3.1周转轮系的组成 200
13.3.2周转轮系传动比的计算 201
13.4复合轮系传动比的计算 202
13.5轮系的应用 204
13.5.1轮系的应用 204
13.5.2利用ADAMS进行汽车后桥差速器轮系的设计与运动分析 205
习题 208
第14章 减速器设计与模态分析实例 210
14.1减速器的应用分析 210
14.1.1常用减速器的主要类型、特点和应用 210
14.1.2减速器的主要参数及传动比的分配原则 212
14.2减速器的结构 212
14.2.1减速器的轴系部件 214
14.2.2减速器箱体 214
14.2.3减速器的附件 214
14.3减速器的装配图 215
14.3.1装配图的作用和内容 215
14.3.2减速器的装配图 216
14.4深海潜艇的模态分析 217
14.4.1导入模型 217
14.4.2选择分析类型 218
14.4.3静力学分析 218
14.4.4模态分析 222
习题 225
参考文献 226

前言

在知识经济时代，机械的常规设计方法必须向现代设计方法和现代设计工具运用过渡才具有生命力。现代机械设计方法涉及的内容十分广泛，本书力求从普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养的需要出发，结合教育部有关“机械设计基础”课程教学基本要求和近几年教学内容改革和综合能力培养的需要，充分汲取各院校在培养应用型技术人才方面的经验和成果，以“必需、够用”为度，力求做到精选内容、适当拓宽知识面、反映学科新成就、现代设计新工具和新方法；密切结合工程实际，突出应用性，重排教学内容，简化理论与公式，结合编者多年的教学经验和教改实践编写而成，可供机械及近机械类、机电类各专业使用。
作为机械学科课程体系中的一门技术基础课教程，编写中力求使本书具有如下特色。
（1）对机械设计整体内容进行了重新编排与整理。按照实际工程的内在联系和认识的一般规律，将全书内容分为5篇进行阐述。第一篇主要介绍自由度、平面连杆机构、凸轮机构及间歇运动机构的结构特点和运用等；第二篇包括齿轮传动、蜗杆传动和挠性传动的特点、运用及主要参数设计等；第三篇包括螺纹连接、销连接及键连接的基础知识；第四篇包括轴承、轴、联轴器、离合器和制动器的基本知识；第五篇为轮系和减速器等设计内容。
（2）本书不仅具有系统的机械设计理论基础知识体系，而且汲取经典机械设计内容精华，最大的特色在于融入了现代设计工具的应用方法，使得学生所学的理论知识有确切的工程实践命题得以印证。
（3）在系统总结了机械工程人才的培养要求和现代工业企业对工程师基本素质的要求后，系统地梳理经典机械设计课程的内容体系构架，适时恰当地加入现代设计工具软件的应用案例，解答传统课本中的经典设计问题，同时融入与工程实践相关的设计性问题并提供使用工具软件解答优化设计的全部过程，使得学生不仅具有扎实的设计理论基础，同时具有从事现代机械工业设计的基本能力，成为名符其实的机械设计卓越工程师。
（4）现代设计工具应用软件教学采用图文并茂的讲解方式，图形、图样清晰规范，文字表达深入浅出，采用了已颁布的新国家标准、有关技术规范、数据和资料。
（5）本书编写组创建QQ群：39024033，用于专业教师同行探讨问题、研究教学方法、交流教学资源，同时为本书提供课件下载。
本书由山东理工大学于文强、重庆大学机械传动国家重点实验室赵相路、营口理工学院王静波、郑州科技学院朱永刚和郑喜贵等教学一线的老师合作编写。
本书由山东理工大学王兰美教授担任主审，在此表示衷心的感谢。在编写过程中，我们参考了相关文献，在此对这些文献的作者表示衷心的感谢！
尽管我们为本书付出了十分的努力和心血，但书中仍存在不足之处，恳请广大同行和读者批评指正，编者邮箱：yyu2000@126?com。

　　　　　　　　　　编者
2013年10月